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C++如何判断一个正整数是否为快乐数(Happy-Number 数学判定法)

千明吖_9469

千明吖_9469

发布时间:2026-06-30 12:59:26

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来源于php中文网

原创

快乐数是指对正整数反复计算各位数字平方和,最终结果为1的数;若陷入循环且永不为1,则不是快乐数。判定需检测循环,可用unordered_set记录已出现值或Floyd快慢指针法。

c++如何判断一个正整数是否为快乐数(happy-number 数学判定法)

什么是快乐数?先看判定逻辑再写代码

快乐数的定义很明确:对一个正整数反复执行「各位数字平方和」操作,若最终结果为 1,就是快乐数;若进入循环且永远不等于 1,就不是。关键不是算多少次,而是识别是否陷入循环——这点容易被忽略,直接递归或 while 循环不设防会无限跑。

用 unordered_set 记录已出现的和值来检测循环

每次计算出新和值后,先查它是否已在 unordered_set 中。如果是,说明开始循环,返回 false;如果等于 1,立刻返回 true;否则插入集合,继续下一轮。

  • unordered_set 查找和插入平均是 O(1),比 vector 或 map 更轻量
  • 别用 set(底层红黑树),没必要排序,纯浪费时间
  • 初始值要加入集合,比如输入是 2,第一次算得 4,但 2 本身也要记,否则漏判起点重复

示例片段:

int next(int n) {
    int sum = 0;
    while (n) {
        sum += (n % 10) * (n % 10);
        n /= 10;
    }
    return sum;
}
<p>bool isHappy(int n) {
unordered_set<int> seen;
while (n != 1 && seen.find(n) == seen.end()) {
seen.insert(n);
n = next(n);
}
return n == 1;
}

不用额外空间的 Floyd 判圈法(快慢指针)

把「平方和变换」看作链表,每个数指向它的下一个和值。快乐数最终停在 1(1 的平方和还是 1),非快乐数必然成环。这时可用快慢指针:慢指针走一步,快指针走两步,相遇即环存在。

C++14
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  • 快指针初始必须比慢指针多走一步,否则一开始就相等(如 n=1)会误判
  • 函数 next() 必须完全一致,不能在快指针里写两次调用而慢指针只一次,否则逻辑错位
  • 判断条件是 slow == fast,不是 fast == 1 —— 等于 1 是成功退出条件,不是环检测依据

示例关键段:

int slow = n, fast = next(n);
while (fast != 1 && slow != fast) {
    slow = next(slow);
    fast = next(next(fast));
}
return fast == 1;

注意整型溢出和边界情况

int 在多数平台是 32 位,最大值约 21 亿。但快乐数判定中,即使输入是 INT_MAX,其各位平方和最大也不过 9*9*10 = 810(10 位全是 9),所以后续所有中间值都 ≤ 810,完全不会溢出。真正要注意的是:

  • 输入为 0 不合法(题目限定正整数),但代码里没做校验也没关系,因为题目保证输入有效
  • next(1) 返回 1,所以单次判断必须先检查是否等于 1,否则快慢指针可能卡死
  • 不要用递归实现 next(),栈深度不可控,虽然数值小,但习惯上避免无谓递归

实际项目里,如果批量判断大量数,Floyd 法省空间,unordered_set 法更直观易调试;线上服务对内存敏感时,优先选 Floyd。

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